浅析汽车工业焊装工艺负荷的供配电设计

高永奇

摘 要：文章主要对汽车工业焊装工艺负荷的主要特征进行了分析和研究，并对中频逆焊机对供电系统造成的影响进行了介绍，然后以供配电设计的原则作为指导，对汽车工业焊装工艺负荷的供配电的设计的具体实施措施进行详细的论述，并针对现阶段容易出现的问题提供了有效的解决办法，希望能为以后汽车行业焊装工艺的配电设计提供一定的参考依据。

关键词：汽车工业；焊装工艺负荷；供配电设计

中图分类号：TU 852 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）18-0117-01

焊装工艺是汽车制造中的四个最主要的工艺之一，焊接工艺的好坏与汽车车身的质量有着很重要的、直接的影响。焊接质量主要是由焊接压力、焊接时间以及焊接的熔融量三个要素决定的。在这三个因素中，焊接的压力和焊接的时间一般都是设置的好固定的值，焊接的熔融量是与熔融的速度呈正比关系的。而焊接熔融的速度是由焊接电流引起的，电流的变化会导致熔融速度的变化，焊接电弧的长短与电路的供电电压有直接的关系，因此这就使得焊接工艺负荷的供配电的设计引起了汽车制造企业的高度的重视，合理的对焊接工艺的供配电进行设计不仅可以节约能耗，还可以降低投资的成本。本文以某汽车焊接车间为例进行焊接工艺供配电的分析设计。

1 工程概况

该汽车制造企业为一家合资企业，用于汽车车身焊接工艺的焊接车间总的建筑面积大约为2.5万m2，车间的高度有12.8 m。焊接车间主要有两部分组成，分别为辅助区以及生产区，辅助区主要用来办公以及其他用房，生产区分为北区和南区。该焊接车间的供配电系统主要包括生产现场配电柜、供配电输电线路以及变配电所等部分。

2 焊接工艺负荷分布及特点

焊接车间内的焊接工艺负荷主要有两部分组成，分别是辅助工艺负荷以及主工艺负荷，下面我们主要对主工艺负荷的特点以及分布情况进行重点的介绍。

2.1 主工艺负荷的分布

该焊接车间呈东西走向，长度大概为170 m，南北方向的宽度为122 m，辅助区分为两层，而生产区则为一层。办公室以及实验室等辅助区位于焊接车间的南面，辅助工艺在北面。

焊接主工艺的设备一共有两条生产线，分布在焊接车间的北面和南面。这两条生产线拥有相同的配置，都拥有容量为2X130 kVA/台的三相中频逆变凸焊机三台，容量为2X200 kVA/台的两台，以及容量为90 kVA/台的三相你变点焊机31台，这些设备所构成的单条生产线的额定的负荷一共为5 170 kV。

2.2 主工艺负荷的特点

焊接工艺中主工艺的设备是焊机，还有水泵、干燥机以及空压机等在生产中用到的辅助的工艺设备。该企业的焊接车间中主要使用的主工艺设备是三相的中频逆变凸焊机以及点焊机，凸焊机和点焊机有不同的用途，但是这两种焊机所选用的焊接的电源都是逆变式的中频电焊电源。逆变式中频点焊电源的主要特点有：①电源采用直流输出，具有脉动特性而且具有较小的波纹度焊接的热效率比较高，焊接的质量也比较好，过程比较稳定；②能够对焊接的时间进行控制，具有很高的时间调节分辨率；③相比一般的交流焊机其相应的速度更快，输出比较稳定，具有很强的可控性，不需要进行充电和放电；④能够对电流、电压以及功率进行监控，还可以对出现的故障进行报警和自我诊断；⑤该设备的能耗比较低，占用的空间比较小。

该汽车焊接车间所使用的焊机都是短时工作制，而且产生的都是非线性的大功率负荷，因此可以看作是谐波电流源，在其工作的时候会对焊接车间的供配电系统产生很大的影响，比如工作中产生的谐波、工作负荷的变化、功率的变化等等，这些都对焊接车间内的供电电源的质量产生极大的影响，甚至会造成焊接车间内的其他大的电子、电力设备不能正常的工作。

2.3 辅助工艺设备

辅助工艺设备直的是那些长时间持续工作运行的设备，主要包括循环水泵房以及空压站等设备，这些设备一半都选择旋转电机作为其动力源，一般都拥有较高的系数，一般选择0.8～0.85，最大可取为1.，正是由于这些系数的选择时的其对焊接车间的供电系统产生的影响比较小，相比于焊机其影响可以忽略不计。

3 供配电的设计

3.1 变电所的设置

根据该焊接车间内负荷的分布情况，在该焊接车间内一共布置两个变电所，分别为：设置在南部1层内为车间南面提供电力需要的变电所，设置在北部2层的为车间内北面的照明、电焊机以及其他动力需要的变电所。

3.2 变压器的设置

在该焊接车间内的两个变电所内分别安装了10 kV的中压环网柜、低压有源滤波柜、功率补偿柜、配电柜以及变压器等设备。

3.3 变压器的设置

结合该汽车焊接车间内主工艺负荷容易产生谐波以及功率因素低的特点，对所使用的焊机设备进行专门的电压器的设计，而对于辅助工艺设备的动力源以及像风机、空调、插座、照明等公用负荷的电源，我们需要安装另外的变压器来进行电源的提供，这样可以有效地避免焊机设备对这些设备的正常运行造成的影响。两个变电所内一共设置有四台 1 000 kVA、10/0.4 kV的变压器，总的容量可达 4 000 kVA。由于焊接车间内的场地面积有限，所以变压器选用干式变压器，又由于在正常的生产过程中有比较大的负荷，有可能产生很大的电流和电压，另外焊接车间内的温度一般都很高，所以最终我们选用的干式变压器为非晶合金式的。这类变压器产生的热量比较少、温度变化较小、损耗比较低，具有很强的耐高温能力和过载能力，即使在超过额定负载20%的情况下仍可以长时间的工作，在冷风的情况下甚至可以超额50%工作。

3.4 10 kV侧供配电

焊接车间内的两台变压器非晶合金干式变压器的电源都来自于该厂区内10 kV的总降变电，因为一台变压的总的容量只有1 000 kVA，所以需要在中压段设置环网柜，每一台变压器对应有三台10 kV的环网柜。

4 工艺配电设计

4.1 工艺设备馈电

对于汽车焊接车间内主工艺设备，我们需要进行单独的低压馈出配电柜的设计，一般都是用密集型的铜母线槽来进行工艺设备低压的馈出。对于辅助工艺设备来说，通常使用电缆来进行低压电的馈出。

4.2 无功功率补偿

无功功率补偿的方式主要有三种，即低压、中压集中补偿以及低压就地补偿。每一种补偿方式都有其各自的优缺点。低压集中补偿方式能够对功率因数进行科学合理的提高，有效的降低了网损，限制了无功能量的进入，有很大的社会效益，但是却不能进行很平滑的调节；中压集中补偿的方式能够根据负荷情况自动的进行投切，但是这种设备的投资的成本比较大，只适用于有中压负荷的单位；低压就地补偿方式一般多用于民用工程和大多数的工业中，但是设备投资大，数量比较多，不适用于经常开关的设备。

4.3 主工艺配电设计

针对于该车间主工艺设置的分布情况，我们使用两套三相五线制的、2 000 A的密集型铜母线槽系统，这两套系统分别来自车间内的两个变电所馈出柜。而且在该铜母线槽上有很多的预留的插接箱，在这些箱内安装有低压熔断器。在插接箱的一旁设置有为焊机供电的二级配电柜。

5 结 语

随着我国汽车制造商的不断增多，焊接工艺越来越受到企业的重视，但是很多的技术人员对于焊接车间内的供配电的设计并不重视或者缺乏相关的知识，本文随焊接车间内的供配电设计进行主要的分析和研究，希望能为他人提供一定的参考。

参考文献：

[1] 董昕鹏，李云鹏.汽车工业焊装工艺负荷的供配电设计[J].现代建筑电 气，2015，（5）.

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